FISICA FORMA Y VIDA

Tema 2.- Tamao y vida animal.Ecofisiologa animal. Open Courseware.

Tema 2.- Tamao y vida animal.

La vida animal presenta una gran variedad de tamaos y formas. Importancia de ambos sobre:9 Las caractersticas funcionales de los animales9 Las relaciones de stos con su medio ambiente.

Interrogantes:9 Un animal grande necesita un mayor intercambio energtico con su medio ambiente, pero ese aumento es lineal en relacin con lo que ocurre en uno pequeo?9 La forma y tamao de las distintas partes del cuerpo de un animal dependen de muchos factores, siendo los ms importantes el propio tamao del cuerpo del animal y el medio donde viva ste.

Objetivos:9 Conocer las caractersticas generales de las relaciones dimensionales de las partes del cuerpo de un animal con el todo.9 Conocer la naturaleza de la relacin que existe entre el tamao corporal de un animal y las demandas de intercambio energtico con su entorno y las consecuencias que tiene sobre los aspectos cuantitativos de sus funciones.9 Aplicaciones.


El arca de No. Jan Brueghel el joven.Tomado de McMahon y Bonner, 1986


2.1.- Conceptos de relaciones isomtrica y alomtrica. Ecuaciones que las definen.

2.1.1.- Diferencias de tamao y forma en el reino animal.2.1.2.- Escala: tamao y proporcin.

2.1.2.1.- Relaciones isomtricas y alomtricas. Escalas lineal y logartmica.2.1.2.2.- Variacin de diversos factores con el peso corporal.

2.1.3.- Relacin superficie/volumen en el reino animal: V0,63 ( V 2/3) Ley de la superficie de Rubner.

2.1.3.1.- Explica varias relaciones de intercambio entre animal y medio ambiente (ej., trmicas).

2.1.3.2.- No explica satisfactoriamente otras relaciones alomtricas.2.1.4.- Proporcin de rganos y tejidos respecto al peso corporal en

vertebrados.2.2.- La resistencia de los huesos y los esqueletos. Los animales mayores

tienen esqueletos ms robustos en proporcin para soportar la mayor masa corporal.

2.3.- Relacin alomtrica de la Tasa Metablica con el peso corporal.2.3.1.- Dependencia de la masa corporal de los requerimientos energticos de

los vertebrados (TM = aPeso b; b 0,75, es decir, 3/4). Mtodos de representacin. Universalidad y variabilidad.

2.3.1.1.- Variabilidad intra e interespecfica en los distintos grupos de mamferos: es correcta la aproximacin?

2.3.1.2.- Aves: diferencias entre paseriformes y el resto.2.3.1.3.- Reptiles, anfibios y peces.2.3.1.4.- Invertebrados.


Paedocypris progenetica7,9 mm. (Kottelat et al. 2006)

(Tomadas de McMahon y Bonner, 1986)


Tabla I. Rangos de tamaos en animales.

Especie Peso (g) Unidades de escala

Ameba 10-4 0,1 mg

Rotfero 10-4 0,1 mg

fido 10-3 1 mg

Abeja 10-1 100 mg

Musaraa 100 1 g

Hamster 102 100 g

Hombre 105 100 kg

Elefante 5106 5.000 kg (5 toneladas)

Ballena azul 108 100.000 kg (100 toneladas)

Fuente: Willmer et. al., 2005


0

10000000

20000000

30000000

40000000

50000000

60000000

70000000

80000000

90000000

100000000

P

e

s

o

(

g

)

Mico

plas

ma

Bact

eria

Tetr

ahym

ena

Ameb

aRo

tfer

of

ido

Abej

aM

usar

aa

Ham

ster

Hom

bre

Elef

ante

Balle

na a

zul

Diferencias de tamao en animales

1E-131E-11

0,000000000,0000001

0,000010,001

0,110

1000100000

100000001000000000

P

e

s

o

(

g

)

Mico

plas

ma

Bact

eria

Tetr

ahym

ena

Ameb

aRo

tfer

of

ido

Abej

aM

usar

aa

Ham

ster

Hom

bre

Elef

ante

Balle

na a

zul

Diferencias de tamao en animales

Escala logartmica


(Tomadas de Kardong, 1999)


Varias relaciones alomtricas vs. isomtrica (=X1)

Factor independiente (peso)

0 10 20 30 40 50

F

a

c

t

o

r

m

o

r

f

o

l

g

i

c

o

o

f

u

n

c

i

o

n

a

l

=aX1,5

=aX0,75 =aX0,63

=aX0,5 =aX1

0 10 20 30 40 50

=aX0

=aX-1 =aX-0,75

=aX-0,33 =aX-0,25

bMFiaFmf )(=

10x

31,6x

5,6x


)(logloglog)( MFibaFmfMFiaFmf b +==Relaciones alomtricas vs. isomtrica. Escala log.

Factor independiente (peso)

1e-3

1e-2

1e-1

1e+0

1e+1

1e+2

1e+3

1e+4

1e+5

l

o

g

F

a

c

t

o

r

m

o

r

f

o

l

g

i

c

o

o

f

u

n

c

i

o

n

a

l

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

=log a+log X =log a+1,5logX=log a+0,75logX=log a+0,63logX=log a+0,5logX=log a+0logX=log a-1logX=log a-0,75logX=log a-0,33logX=log a-0,25logX


(Tomada de Calder, 1996)


Ley de la superficie de Rubner.

63,0PesoSuperficie

(Tomada de Randall et al. 2002)


(Tomado de Randall et al. 2002)


1;)( == bMFiaFmf b 1;)( >= bMFiaFmf b 1;)(


(Tomada de McMahon y Bonner, 1986)


5,166,0 0087,004,24 LddL == (Tomada de McMahon y Bonner, 1986)


Relacin isomtrica

corporal Pesoa = MO275,0&


Relacin alomtrica Tasa metablica-peso corporal

Peso corporal (kg)

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

l

O

2

/

h

100

200

300

400

500

600

700

HombreCaballo

Elefante

75,0; bcorporal Pesoa = M bO2&

corporal Pesoa = MO21&


Peso corporal (kg)

0,01 0,1 1 10 100

1000

l

O

2

/

h

/

p

e

s

o

c

o

r

p

o

r

a

l

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5Ratn de campo

Ratn

ArdillaRata

Gato

PerroOvejaHombre Caballo

Elefante

Relacin isomtrica Relacin alomtrica

75,0;.

1 bcorporal Pesoa = cPeso

M bO2&

acPesocPeso

a = cPeso

MO2 =..

.

&


Log relacin alomtrica Tasa metablica-peso corporal

Peso corporal (kg)

1e-4

1e-3

1e-2

1e-1

1e+0

1e+1

1e+2

1e+3

1e+4

1e+5

1e+6

l

O

2

/

h

1e-4

1e-3

1e-2

1e-1

1e+0

1e+1

1e+2

1e+3

1e+4

1e+5

Musaraa

Ratn de campoRatn

ArdillaRata

GatoPerroOveja

HombreCaballoElefante

Ballena

75,0;logloglog += bMbaTM

Isomtrica


Peso corporal (kg)

1e-4

1e-3

1e-2

1e-1

1e+0

1e+1

1e+2

1e+3

1e+4

1e+5

1e+6

l

O

2

/

h

/

p

e

s

o

c

o

r

p

o

r

a

l

0,01

0,1

1

10Musaraa

Ratn de campoRatn

ArdillaRata

Gato

PerroOveja

Hombre

CaballoElefante

Ballena

Relacin isomtrica Relacin alomtrica

75,0;log)1(loglog += bMbaMTM


(Tomadas de Randall et al. 2002)


sPrototerioMetateriosEuterios

logloglog2

>>=+=

a

PesobaMO&



Relacin alomtrica peso-tasa metablica basal en mamferos:Si se tiene en cuenta la temperatura corporal, la alta tasa metablica basal (TMB) de humanos, carnvoros domsticos y rumiantes grandes, 0,66 b < 0,75 (White y Seymour, 2003).

TMB: medida con el animal: En reposo. En ayuno corto. Despierto. En zona termoneutra.


(Tomado de Randall et al. 2002)

(Tomado de Hill et al. 2006)


Tabla II. Valores de a y b en las relaciones alomtricas de la TMB con el peso corporal.

Grupo Temperatura corporal

Factor a* Exponente b

Mamferos euterios Normal 3,3 0,76-0,65

Aves paseriformes Normal 6,3 0,72-0,73

Aves no paseriformes Normal 3,6 0,69-0,75

Lagartos 37C 0,68 0,82

Reptiles 20C 0,13 0,77-0,80

Anfibios 20C 0,75-0,86

Peces 20C 0,43 0,70-0,88

Crustceos 20C 0,27 0,78-0,81

Anlidos 20C 0,61-0,82

Moluscos 20C 0,75

Organismos unicelulares 20C 0,055 0,83* El valor de a corresponde a TMB expresada en Watios

La ecuacin tiene la forma TMB = aPeso(kg)b (Fuentes: Alexander, 1999, Willmer, 2005)


2.3.- Relacin alomtrica de la Tasa Metablica con el peso corporal.2.3.2.- Dependencia del metabolismo tisular. Realmente, 1 g de tejido de ratn

utiliza ms energa por unidad de tiempo que un gramo de tejido de elefante.2.3.2.1.- Metabolismo de la glucosa en diversos tejidos de mamferos.2.3.2.2.- Actividades enzimticas. Mamferos y peces.

2.3.2.2.1.- Relacin alomtrica con b = 0,75 (o con -0,25 si es/peso) en las relacionadas con el metabolismo aerobio.

2.3.2.2.2.- Relacin alomtrica con b>1 (o positiva si/peso) en las relacionadas con el metabolismo anaerobio.

2.3.3.- Lmites superiores del consumo de O2: la tasa mxima de consumo de O2.2.3.3.1.- Relacin alomtrica con b = 0,81 en mamferos.2.3.3.2.- Relacin lineal entre el metabolismo aerobio mximo y el volumen

mitocondrial tisular.2.3.4.- Relacin alomtrica del coste del transporte y el peso corporal.

2.4.- Fisiologa respiratoria y tamao corporal.2.4.1.- Diseo de la estructura pulmonar de mamferos. Estructura branquial en

peces. superficie en volumen muchas ramificaciones estructuras estructuras fractalesfractales.

2.4.2.- Relaciones alomtricas de estructuras y funciones respiratorias. TM= aM0,75.

2.5.- Fisiologa circulatoria y tamao corporal.2.5.1.- Diseo de la estructura circulatoria de mamferos y otros vertebrados:

fractal.2.5.2.- Relaciones alomtricas de estructuras y funciones circulatorias. TM=

aM0,75.


(Tomadas de Willmer et al. 2005)

(Tomadas de Goolish, 1995)


(Tomadas de Hochachka, 1989)


(Tomada de Willmer et al. 2005)




Mamferos

Especies sedentarias Especies atlticas (Tomada de Weibel et al., 1998)


(Tomadas de Randall et al. 2002)


(Tomadas de Weibel, 2000)

(Tomada de Levitzky, 1995)


(Tomada de Dejours, 1981)


(Tomadas de Goldberger et al. 1990)


Longitudes y dimetros de capilares: casi independientes del peso. Longitudes y dimetros de grandes vasos: dependientes del peso. Mayor nmero de ramificaciones y vasos intermedios en los animales grandes. Mayor densidad en animales pequeos.



(Tomadas de Dawson, 2005)


2.6.- Fisiologa digestiva y tamao corporal.2.6.1.- Tamao del tracto digestivo M=


(Tomadas de Goldberger et al. 1990)

(Tomadas de Calder, 1996)


Teora de las causas mltiples Condicin Procesos Relacin

alomtrica Relacin global ( ponderado)

Reposo (basal) Na-K-ATPasa 11

bMa = Ca-ATPasa 22

bMa = Sntesis de protenas 33

bMa = 75,011 Ma = Sntesis de urea 44

bMa = Otros 55

bMa = Ejercicio aerobio mximo Aporte de O2 respiracin 66

bMa = Aporte de O2 circulacin 77

bMa = Uso de ATP en

contraccin muscular 8

8bMa = 85,012 Ma =

Ca-ATPasa 99bMa =

Otros 1010bMa =

Fuentes: Darveau et al., 2002; Hill et al., 2006


(Tomada de Kardong, 1999)


(Tomada de Hulbert et al., 2007)


(Tomada de Willmer et al. 2005)


2.9.- Consecuencias de las relaciones alomtricas estudiadas.2.9.3.- Densidad ecolgica: es proporcional a M-3/4.2.9.4.- Concepto de sinmorfosissinmorfosis.

2.9.4.1.- Los tres principios que determinan el diseo de los seres vivos son: adaptacin (al entorno), integracin (de todas las partes en el todo) y economa (no hay estructuras o funciones mayores que las necesarias para el animal).

2.9.4.2.- = sin: equilibrio; = morfosis: formacin formacin equilibrada.

Estado del diseo estructural conmesurado para satisfacer las necesidades funcionales, resultante de una morfognesis regulada, mediante la cual la formacin de elementos estructurales est orientada a satisfacer, pero no a exceder, los requerimientos de los sistemas funcionales. (Taylor y Weibel).


2.10.- Una cuestin doble.1. De las siguientes afirmaciones sobre la relacin superficie volumen

corporal hay una que es falsa:a. Es alomtrica.b. Es tal que la superficie es proporcional al volumen elevado a un

exponente de 2/3.c. Es responsable de que los animales de mayor tamao se enfren

ms rpidamente.d. Es conocida tambin como la Ley de la superficie de Rubner.e. No explica satisfactoriamente la relacin alomtrica entre la tasa

metablica especfica del peso corporal y ste.

2. Por qu?


Bibliografa de consulta.1. Textos bsicos.

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physiology? Body size, digestive capacity, food intake, and ingesta passage in mammalian herbivores. ComparativeBiochemistry and Physiology, 148A (2):249-265. http://www.sciencedirect.com/science/article/B6VNH-4NX8N1X-1/2/15555fa4b6d88507dc2b4d7db33dc8e5

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